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3MTM Glass Bubbles
Weniger Gewichtfür mehr Leistung.3M™ Glass Bubbles in der Automobilindustrie.
Herzlich willkommen in der Welt unserer 3M™ Glass Bubbles – mikroskopisch kleiner Glashohlkugeln, die in verschiedensten Automobil-komponenten zum Einsatz kommen.
3M™ Glass Bubbles ermöglichen es Ihnen, das Gewicht von Kunststoffbauteilen erheblich zu reduzieren, ihre Formstabilität, Abriebfestigkeit und Oberflächenhärte zu erhöhen und gleichzeitig die Wärmeausdehnung zu verringern. Darüber hinaus tragen 3M™ Glass Bubbles zu einem höheren Produktdurchsatz bei, woraus sich Kostenersparnisse durch Material- und Prozessoptimierungen ergeben können.
Wenig überraschend also, dass Automobilhersteller weltweit auf diesen leistungsstarken Rohstoff setzen, um innovative Projekte zu realisieren und schon heute ca. jedes fünfte produzierte Fahrzeug 3M™ Glass Bubbles enthält – und das mit steigender Tendenz.
In dieser Broschüre möchten wir Ihnen einen Einblick geben, welche Vorteile 3M™ Glass Bubbles in der Automobilindustrie bieten.
Großes Potenzial auf kleinster Ebene.
Einleitung 02
Karosserie-dichtmassen
Seitenschweller
Kofferrauminnenverkleidung
Tanküberlaufschutzventileund -schwimmer
Struktur-schäume
Schiebedachrahmen
Schiebedachaus Kunststoff
Lenkräder
Armaturenbrettbauteile
Karosseriebauteile (Zierleisten)
Unterboden-beschichtungen
Reifen
Frontschürzen
Frontscheinwerfer-montagevorrichtungen
Motorabdeckungen/-blenden
Kühlergrillgitter undVersteifungsrippen
Luftzufuhr/-ansaugrohre
Kühlventilatoren und Ventilatorenrahmen
Anwendungsbeispiele von 3M Glass Bubbles.
Dabei sind die Vorteile durch den Einsatz von Glass Bubbles ebenso vielfältig wie die Anwendungsgebiete. Klar definierte Produktspezifikationen sorgen für messbare und gleichbleibende Produktparameter, während die perfekt geschlossene Kugelform das isotrope Verhalten des Materials begünstigt. Darüber hinaus führt die geringe Wärmeleitfähigkeit zu einer hervorragenden thermischen Isolation und die thermi-sche Kapazität der Glass Bubbles begünstigt eine schnelle Temperaturanpassung.
Zusammengefasst führen diese Vorteile z. B. zu Ein-sparungen von CO2, Prozessoptimierungen oder auch verbesserter Dimensionstabilität der finalen Bauteile.
Der Faktor Gewichtsreduktion spielt in der Kraft-fahrzeugindustrie eine immer größere Rolle. Bereits Anfang der 70er Jahre setzten Automobilhersteller erstmalig 3M™ Glass Bubbles in SMC- und BMC-Bauteilen (Sheet/Bulk Moulding Composites) ein, um die Leistungsmerkmale einzelner Fahrzeugkompo-nenten zu optimieren.
Wenig später folgte der Einsatz von Glass Bubbles in Karosseriedichtmassen und Unterbodenschutz-Beschich tungen. Heute ist die Verwendung von Glass Bubbles in verschiedenen Bereichen der Automobil-herstellung bereits Vorschrift und die Liste der Anwen-dungsmöglichkeiten wächst kontinuierlich weiter: Motorabdeckungen, Armaturenbretter, Front- und Heck schürzen sowie zahlreiche Kunststoffbauteile im Interior werden mit 3M™ Glass Bubbles gefertigt.
Ein Produkt, viele Möglichkeiten.
Anwendungsbereiche Automobil 03
Geräuschdämmende Motorver-kapselung aus Leicht-SMC
Die allgemein gängige Annahme „Gewichtsreduzierung = Zusatzkosten“ ist irreführend und zum Teil auch falsch. Mit 3M™ Glass Bubbles können Sie das Gewicht von Bauteilen reduzieren, ohne dass dafür die Kosten in der Herstellung steigen müssen.
Gewichtsersparnis muss kein Kostentreiber sein.
Hinweis: Von SMC/BMC zu Leicht- SMC/ -BMC. Mit 3M™ Glass Bubbles kann gegenüber konventionellen SMC- und -BMC-Bauteilen eine Gewichtser-sparnis von 30 % erzielt werden. Diese Eigen schaft wird von ver schiedenen nam- haften Erstausrüstern genutzt, um zum Beispiel Motorverkapsel ungen oder Reser-ve rad mulden effizient zu produzieren.
Reflektoren für Frontscheinwerfer, Karosserieteile und Bauteile im Motorraum sind anspruchsvolle, technische Anwendungen. Verglichen mit anderen eingesetzten Werkstoffen – Stahlblech und Aluminium oder Magnesiumguss – bieten SMC (Sheet Molding Compo sites) und BMC (Bulk Molding Composites) Systemlieferanten und Automobilherstellern zahlreiche Möglichkeiten, Produkt- und Prozess kosten zu optimieren. Um Bauteile für unterschiedliche Einsatzgebiete realisieren zu können, kommen je nach Anwendung konventionelle, mineralische Füllstoffe zum Einsatz. Diese bringen jedoch immer eine Erhöhung des Gewichts mit sich.
In der Produktion von SMC, BMC und anderen Kunststoffen sind 3M™ Glass Bubbles eine innovative Alternative oder Ergänzung zu diesen Füllstoffen.
Bereits vor über 25 Jahren wurde nachgewiesen, dass 3M™ Glass Bubbles das Gewicht von Bauteilen aus SMC und BMC um bis zu 30 % verringern können. Durch ihre perfekte Kugelform steigert der Einsatz von 3M™ Glass Bubbles zudem die Präzision in der Fertigung sowie die Formstabilität und Wärmeformbeständigkeit der Bauteile.
Kostengünstige Gewichtsreduktion im Fahrzeugbau mit SMC und BMC.
Kofferraumboden aus Leicht-SMC
Prozess- und Leistungsoptimierung04
Füllgrad Glass Bubble in Gew. %
Dic
hte
in g
/cm
³
Volu
men
füllg
rad
in V
ol. %
10 15 20
60
50
40
30
20
10
0
1,2
1,1
1,0
0,9
0,8
0,7
0,60 5 25
Hinweis: Das Diagramm zeigt die Verringerung der Dichte bei gleich-zeitig ansteigendem Glass-Bubbles-Füllgrad.
Dichte Volumenfüllgrad
Polyamid 6 mit Glass Bubbles iM16k
Gewichtsreduzierung durch 3M™ Glass Bubbles.
Empfohlenes Produkt: iM16K
Fallbeispiel: Um die Leistungsfähigkeit von 3M™ Glass Bubbles zu belegen, hat die PENTAC Polymer GmbH einen Teil der Füll-stoffe eines herkömmlichen glasfaserverstärkten Polyamids zur Her stellung von Motorabdeckungen durch 3M™ Glass Bubbles ersetzt. Das Ergebnis war eine Reduktion des Abdeckungsge-wichts um 15 %, gleichzeitig konnte der Spritzgußprozess auf-grund geringer Wärmekapazität und optimierter Fließfähigkeit durch die Glass Bubbles um 5 % optimiert werden. Somit kann die BBP Kunststoffwerk Marbach Baier GmbH die Bauteile dank PEN-TAC und 3M kostenneutral produzieren.
Als einziger Hersteller bietet 3M hochfeste Glas-hohlkugeln an, die trotz ihrer geringen Dichte den Beanspruchungen in Compoundier- und Spritzguss-prozessen standhalten.
Mit der 3M™ Glass Bubbles iM16K ist es 3M gelungen, eine Mikro-Glashohlkugel zu entwickeln, die mit einer Druckfestigkeit von 1.100 bar, bei einer Dichte von nur 0,46 g/cm³ und einer Partikelgröße von 20 μm (Durchmesser D50) den in der Kunststoffindustrie üblichen Verarbeitungsbedingungen standhält. Diese hohe Festigkeit im Verhältnis zur Dichte ermöglicht eine Verwendung in vielen anspruchsvollen Com-poundier- und Spritzgussprozessen und somit eine Produktion von konstant qualitativ hochwertigen Leichtbauteilen. Verglichen mit konventionellen Füll-stoffen geben Ihnen 3M™ Glass Bubbles mehr Flexibilität bei der Entwicklung und Herstellung leichterer und maßhaltigerer Teile aus PP, PA, PC/ABS und anderen Thermoplasten. Außerdem weisen Formteile, die aus einem Thermoplast mit 3M™ Glass Bubbles hergestellt werden, eine geringere lineare Wärmeausdehnung auf. Parallel verbessert sich auch die Dimensionsstabilität des Polymerverbundstoffes, aufgrund eines geringeren Schrumpfes und Verzuges der Bauteile.
Spritzgießen von Thermoplasten.
Compoundierung und Spritzguss 05
Dichte Zugmodul Zug - festigkeit
Bruch- dehnung
Biege- modul
Biege- festigkeit
Kerbschlag -zähigkeit
Nor
mie
rte
Eige
nsch
afte
n
(tro
cken
, 23°
C) i
n %
140
120
100
80
60
40
20
0
Bei der Herstellung von Kunststoffkomponenten und Beschichtungsmaterialien setzen Automobilhersteller zunehmend auf kostspielige Harze wie beispielsweise Acryl. Sowohl das Gewicht dieser Teile als auch die im Rahmen der Produktion anfallenden Kosten können durch die teilweise Substitution von Harz durch 3M™ Glass Bubbles reduziert werden.
Mehr Kosteneffizienz in der Produktion.
Der Einsatz von Mikro-Glashohlkugeln wird für PVC-Plastisole in Unterbodenschutz und Versiegelungen vorgeschrieben. Die Verwendung von 3M™ Glass Bubbles kann zu einer Reduktion des Gesamtgewichts einer Unterbodenbeschichtung von bis zu 20 % führen. Dies bietet für das Fahrzeuggewicht ein interessantes Einsparpotenzial und hilft zudem dabei, die immer strenger werdenden CAFE-Standards in den USA und CO2-Vorgaben in Europa zu erfüllen.
Parallel können mit 3M™ Glass Bubbles gefüllte Plastisole dazu beitragen, die Kosten in vielen Anwendungen um bis zu 20 %, gegenüber Plastisol mit konventionellen Füllstoffen, zu verringern. Glass Bubbles bieten noch einen zusätzlichen Vorteil: Sie verbessern den Steinschlagschutz, denn sie absorbieren die dynamische Energie eines Aufpralls, indem sie unter Stoßbelastung zerbrechen.
Dichtmassen und Strukturschäume in der Automobilindustrie.
Einfluss der Glass Bubbles auf mechanische Eigenschaften.
Hinweis: Das Diagramm zeigt den Einfluss der Glass Bubbles (einmal ohne, einmal mit Oberflächenmodifizierung) in Polyamid auf verschiedene mechanische Eigenschaften im Ver gleich zu ungefülltem Polyamid.
PA6 PA6 mit 14 Gew. % (30 Vol. %)
iM16k PA6 mit 14 Gew. % (30 Vol. %)
iM16k-Aminosilan*
* Versuchsprodukt
Polyamid
Glass Bubbles in PVC-Plastisolen06
Empfohlenes Produkt: 3M™ Glass Bubbles S38HS und iM16K zur Erhöhung der Steifigkeit bei gleichzeitiger Gewichtsreduzierung
Unterbodenverstärkung(partiell und vollflächig)
obere und untereKühlerverkleidung
oberer Kabelbaum(Kabelkanal)
Belüftungskanalversteifunggegen Karosserierisse
Knotenpunktverstärkung für mehr Steifigkeit bei Überschlagunfällen(Knotenpunkte der A- und B-Säulen)
obere Türrahmenversteifung
lokale Längsträgerverstärkung an der Federungsaufnahme
Karosserieaufhängung(vorne und hinten)
Türverstrebung für mehr Steifigkeit
Knotenpunktverstärkung für mehr Steifigkeit bei direkten Seitenunfällen
Frontplattenversteifung
vorderer Karosserieüberhang für Frontalunfälle bei hoher Geschwindgkeit
Stoßstangenverstärkung für Frontalunfälle bei hoher Geschwindgkeit
wünschte Ergebnisse in punkto Steifigkeit und Festigkeit zu erzielen – ohne dabei das Fahrzeug gewicht unnötig zu erhöhen.
3M™ Glass Bubbles eignen sich auch als innovativer Füllstoff für Strukturschäume, da sie durch ihre geringe Dichte dazu beitragen, Gewicht einzusparen. Somit ist es möglich, eine Erhöhung der Karosseriesteifigkeit und -festigkeit sowie eine Verbesserung der Dauer-schwingfestigkeit und ein optimiertes Vibrations ver-halten.
Gewichtsreduktion, eine höhere Karosseriesteifigkeit und die Verbesserung des Vibrationsverhaltens von Fahrzeugkarosserien sind permanente Aufgaben im Lastenheft der Fahrzeugentwicklung. Leider schließen konventionelle Lösungsansätze für eine höhere Karosseriesteifigkeit, realisiert durch belastbarere Materialien oder zusätzliche Verstrebungen, eine gewünschte Gewichtsreduktion oftmals aus. Durch die Verwendung von speziellen Strukturschäumen, die punktgenau dort angebracht werden können, wo ihre Funktion benötigt wird, ist es dennoch möglich, ge-
Erhöhung der Karosseriesteifigkeit und -festigkeit in der Automobilindustrie.
Die spezifische Härte der 3M™ Glass Bubbles liegt bei 5 Mohs und liefert somit eine ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit. Gleichzeitig sorgt die sphärische Form der 3M™ Glass Bubbles für eine hohe Packungsdichte innerhalb des Plastisols und verhindert somit effektiv das Fortschreiten von korrosiven Prozessen. Dank ihrer positiven Auswirkungen auf die Effizienz von Produktionsprozessen sowie auf die Leistungsmerkmale einzelner Bauteile sind 3M™ Glass Bubbles auch für innovative, zukünftige Anwendungen ideal geeignet.
Glass Bubbles in PVC-Plastisolen
Anwendungsbeispiele zur Karosserieverstärkung.
07
Glass Bubbles.
* 3M QCM 14.24.1 ** 3M QCM 14.1.5. *** 3M QCM 14.1.8.
Physikalische Merkmale.
3M™ Glass Bubbles sind mikroskopisch kleine Glas-hohlkugeln aus wasserunlöslichem, chemisch stabilem Borsilikatglas, die über eine niedrige Dichte verfügen. Jede Glashohlkugel zeichnet sich durch ihre perfekte Kugelform aus. Die unterschiedlichen Größen der ein-zelnen Glass-Bubbles-Partikel sorgen für eine opti male Packungsdichte im Vergleich zu unregelmäßig geform-ten mineralischen Füllstoffen.
Was sind 3M™ Glass Bubbles?
Durchschnittliche Teilchendichte* Schüttdichte Isostatische Druckfestigkeit** Aufschwimmrate
Produkt- nummer
Nenndichteg/cm3
Toleranz-bereichg/cm3
Toleranzbereich(errechnet) g/cm3
Testdruck Anteil intakter Glass Bubbles in % bei Testdruck
Typische Werte in % des Volumens
bar MPa psi Min. Typisch
K1 0,125 0,10 – 0,14 0,05 – 0,10 17 1,7 250 80 90 96
K15 0,15 0,13 – 0,17 0,07 – 0,12 21 2,1 300 80 90 96
K20 0,20 0,18 – 0,22 0,10 – 0,15 34 3,4 500 80 90 96
K25 0,25 0,23 – 0,27 0,13 – 0,18 52 5,2 750 80 90 96
K37 0,37 0,34 – 0,40 0,19 – 0,27 210 21,0 3.000 80 90 94
K42HS 0,42 0,40 – 0,45 0,40 – 0,45 520 51,7 7.500 80 90 92
K46 0,46 0,43 – 0,49 0,28 – 0,32 420 42,0 6.000 80 90 92
S15 0,15 0,13 – 0,17 0,07 – 0,12 20 2,1 300 80 90 96
S22 0,22 0,19 – 0,25 0,09 – 0,17 28 2,8 400 80 90 96
S32LD 0,29 0,26 – 0,32 0,14 – 0,22 100 10,3 1.500 80 90 94
S32 0,32 0,29 – 0,35 0,16 – 0,24 140 14,0 2.000 80 90 94
S38 0,38 0,35 – 0,41 0,19 – 0,28 280 28,0 4.000 80 90 94
S38HS 0,38 0,35 – 0,41 0,19 – 0,28 386 38,5 5.500 80 90 94
S60 0,60 0,57 – 0,63 0,31 – 0,43 690*** 69,0 10.000 80 90 92
S60HS 0,60 0,57 – 0,63 0,31 – 0,43 1.240*** 124,0 18.000 90 90 92
iM16K 0,46 0,43 – 0,49 0,27– 0,32 1.100 110,0 16.000 90 90 96
iM30K 0,60 0,57 – 0,63 0,30 – 0,40 2.000*** 200,0 30.000 90 90 90
Merkmale und Eigenschaften
Unregelmäßig geformteFüllstoffe
Füllstoffe inKugelform
Packungsdichte:
09
Historisch
Neu
e Te
chno
logi
e
40
55
40
45
4055 60
65
40
22
16
30
30
Der Kreisdurchmesser spiegelt den mittleren Durchmesser der Glashohlkugeln wider.
Spitz
guss
Extr
usio
n
Flüs
sigs
yste
me,
Pas
töse
Sys
tem
e, D
urop
last
e
iM30K
K24HS
K37
S38HS
NEU!iM16K
32000
28000
24000
20000
16000
12000
8000
4000
0
Druckfestigkeitin psi
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7Dichte in g/cm3
35
Die iM16K stellt die neuste Entwicklung im Bereich der hochdruckfesten Glass Bubbles dar und erfüllt alle Anforderungen für den Einsatz in Spritzgußanwendungen.
20
Produkttypen
Verhältnis von Dichte und Druckfestigkeit bei 3M™ Glass Bubbles.
10
3M bietet eine Reihe von 3M™ Glass Bubbles an, die sich in Dichte, Druck-festigkeit und Größe unterscheiden. Für welchen Typ 3M™ Glass Bubbles Sie sich entscheiden, hängt von Ihrer speziellen Anwendung und deren Anforderungen ab. Neben SMC/BMC, Thermoplasten, Dichtmassen und Strukturschäumen können Glass Bubbles auch in LFT, RIM, RRIM und leichtgewichtigen Karosseriespachtelmassen eingesetzt werden.
Wenn Sie sich für 3M™ Glass Bubbles entscheiden, erhalten Sie mehr als nur ein sehr gutes Produkt. Sie erhalten gleichzeitig auch Zugang zu den globalen Technik- und Marketingressourcen von 3M, einschließlich der aktiven Unterstützung bei Produktversuchen und der Prozess- und Verarbeitungsoptimierung. Neben den Daten in Bezug auf OEM-Spezi-fikationen bieten wir Ihnen auch Hilfe bei der Problemlösung in punkto globaler Koordination und bei einzelnen Belangen in der Lieferkette an. Dies stellen wir durch lokal tätige Mitarbeiter in allen Regionen der Welt sicher. 3M ist auf die Anforderungen der Automobilindustrie ausgerichtet. Somit können Sie von uns mehr Unterstützung in der Anwendungs-entwicklung erwarten – wir geben Ihnen mehr Optionen in der Entwicklung und sorgen somit für profitable Lösungen für Sie und Ihre Kunden.
Mehr Optionen – mehr Lösungen.
Produkttypen 11
Wichtiger Hinweis:
Die vorstehenden Angaben stellen unsere gegenwärtigen Erfahrungswerte dar. Es obliegt dem Verwender, vor Verwendung des Produktes selbst zu prüfen, ob es sich, auch im Hinblick auf mögliche anwendungswirksame Einflüsse, für den von ihm vorgesehenen Verwendungszweck eignet.
Alle Fragen einer Gewährleistung und Haftung bestimmen sich nach den jeweiligen kaufvertraglichen Regelungen, sofern nicht gesetzliche Vorschriften etwas anderes vorsehen.
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3M Deutschland GmbHAdvanced Materials DivisionCarl-Schurz-Straße 1D-41453 NeussDeutschlandTelefon +49 (0) 2131 14 2265Telefax +49 (0) 2131 14 3857E-Mail [email protected]/GlassBubbles
www.3M.de/[email protected]
3M Deutschland GmbH Carl-Schurz-Str. 141453 NeussGermanyPhone: +49 (0) 2131 14 2265Fax: +49 (0) 2131 14 3857
Technical Service Glass Bubbles3M Deutschland GmbH Industrieparkstr. 184508 BurgkirchenGermanyPhone: +49 (0) 8679 7 4709Fax: +49 (0) 8679 7 5037
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